Uma janela de 100 anos sobre a ciência contemporânea - O primado da razão

Faz este mês exatamente um século que Albert Einstein publicou o artigo com um pormenor decisivo para a validade da teoria geral da relatividade (publicada em 2015): a previsão de ondas gravitacionais na base desta teoria. Daí o relevo que a comunicação social, em fevereiro passado, deu à interpretação de uma certa medição como sendo a deteção de ondas gravitacionais. Além do justo alvoroço nos meios estritos da física, esse processo parece-me revelador do que são em geral as ciências modernas e contemporâneas.

Desde logo, sobre quão estas últimas têm vindo a afastar-se da observação espontânea do mundo natural e das relações sociais, e a privilegiar o exercício da razão.

Um tempo vs. muitos tempos

Einstein foi exemplo disso já com a teoria restrita da relatividade, em 1905, face a um problema com as medições da velocidade da luz – Pelo menos desde o best-seller Breve História do Tempo, de Stephen W. Hawking (1988), não faltam ao leitor apresentações avalizadas desse momento da história das ideias científicas, ainda assim arriscarei apontar aqui alguns pontos seus:

De um lado, desde o séc. XVII se julga que a velocidade da luz é finita. Segundo a mecânica clássica, a sua medição deveria pois variar conforme o observador esteja estático em relação ao raio de luz, ou se mover no mesmo sentido, ou se mover no sentido contrário – Como quando avançamos numa estrada, nos parece mais rápido um carro A que vem no sentido contrário do que um carro B que segue no mesmo sentido que o nosso.

De outro lado, no fim do séc. XIX mediu-se a velocidade da luz em raios que se moviam em diversas direções e sentidos em relação ao movimento do observador. Mas o resultado obtido foi sempre o mesmo!

Havia duas pistas de resposta a este problema: alguma coisa deturpava as medições; ou o quadro concetual clássico da medição do movimento tinha que ser mudado. Alguns autores vinham tentando a primeira pista, sem grande sucesso, quando Einstein (e o matemático e filósofo da ciência Henri Poincaré) seguiu a segunda.

Limitando-se a prescindir de um pressuposto da mecânica clássica: o de que haverá um tempo único para tudo o que compõe o universo.

Segundo esse pressuposto, quer a duração da viagem de cada um daqueles carros, quer a de um raio entre o Sol e a Terra, etc., ocorrerão em parcelas de um tempo absoluto. Quaisquer relógios (não de “marca roscofe”!) mediriam assim o mesmo tempo entre o início e o fim de um mesmo movimento.

Já a medição das posições e trajetos no espaço depende da relação entre o objeto e o observador – durante 30s., o espaço percorrido pelo carro A relativamente ao nosso carro (aproximando-se de mais longe e afastando-se para mais longe) é maior do que o espaço percorrido pelo carro B relativo a nós.

Sendo a velocidade uma razão entre o espaço e o tempo (km/h), se o numerador aumenta enquanto o denominador se mantém, o quociente (valor da velocidade) aumenta.

Basta porém tomar tanto a medição do tempo quanto a do espaço como dependendo da relação entre objeto e observador, para ser possível manter esse quociente invariável. Precisamente o que a relatividade restrita estabelece: se um carro se aproximar da velocidade da luz (como nenhum corpo ultrapassará esta última, não há o risco de algum carro de polícia o apanhar), o tempo dentro dele, medido a partir do passeio, dilata-se, ou passa mais lentamente do que no passeio. Ao invés do espaço naquele carro, que se contrai.

Mais prudente do que eu concluir que “foi essa a revolução de Einstein em 1905”, será sugerir ao leitor que verifique o esboço anterior na literatura avalizada. Julgo porém que em parte nenhuma encontrará não ter a teoria da relatividade constituído uma revolução nos quadros racionais de explicação do movimento.

Força vs. geometria da gravidade

Entretanto, para unificar a mecânica e o eletromagnetismo (que inclui a luz), faltava àquela teoria explicar o movimento de aproximação entre corpos – ex. o carro e o chão – ou de órbita – ex. a lua em roda da Terra – ou mesmo entre corpos e a radiação – como os raios do Sol ao passarem perto de Mercúrio ou Vénus antes de chegarem à Terra. Foi o que o célebre físico propôs com a teoria geral da relatividade, em 1915.

A mecânica clássica permitia calcular essa aproximação, designada por “gravidade”, mas não a explicava, apenas pressupondo que decorreria de alguma força de atração. Para explicar aquele fenómeno – e mais uma vez prescindindo do pressuposto de algo de cuja existência não havia qualquer sinal (o facto da aproximação dos corpos é o que as teorias em causa pretendem explicar, não é sinal direto de qualquer delas) – Einstein limitou-se a pensar esses movimentos no espaço em conformidade às estruturas do ramo matemático que trata deste tema: a geometria.

Na qual, já há perto de um século, se havia reconhecido que só se conclui, por exemplo, que duas retas paralelas (aquelas que podem ser cortadas por outra linha com a qual estabeleçam ângulos retos) não se cruzam, se se pressupuser o caso particularíssimo do plano em que são traçadas não ser curvo. Mas se este o for – como a superfície de uma esfera – é óbvio que se podem cruzar – vejam-se os riscos tradicionais de uma bola de basquete. Importa sempre pois começar por escolher os pressupostos sobre o tipo de plano em que se trabalha.

Assim como sobre o tipo de espaço. Com efeito, tanto o retângulo de uma folha estendida numa mesa quanto um retângulo recortado na superfície de uma bola, têm apenas as dimensões de largura e comprimento. Para conceber a curvatura do segundo retângulo é necessário recorrer a uma terceira dimensão (profundidade). Consequentemente, pode-se conceber a curvatura do próprio espaço em que se coloca a bola mediante alguma quarta dimensão. E assim por diante em espaços cada vez com mais dimensões (estou em crer que aqui não serei apenas eu a não conseguir imaginá-los).

Einstein avançou então a comparação entre esses avanços da geometria e fenómenos físicos como órbitas ou a relação entre nós e o chão. De facto, se este último for o de um elevador, a aproximação tanto é negada se o ocupante se elevam pelos cabos através de alçapões no teto, quanto se os cabos quebrarem e o elevador cair sob os pés do do ocupante.

Muito mais simples (ainda que para nós, comuns mortais, menos intuitivo) do que postular uma força atrativa da qual não há quaisquer evidências diretas, é assim conceber a “gravidade” como a relação entre um corpo e o respetivo referencial (as paredes, chão e teto do elevador), segundo a aceleração deste último em relação ao anterior.

E a conclusão, em 1915, foi que a lua se move à roda da Terra, esta à roda do Sol, etc., simplesmente porque o espaço e o tempo em volta dos corpos com massa compõem um referencial geométrico a quatro dimensões (as três do primeiro mais a do segundo), não plano mas sim curvo. Assim como se houvesse carris em roda da Terra de onde o comboio da lua não pudesse sair.

Junho de 1916: o requisito de justificação e as previsões

Até aí encontramo-nos apenas no campo lógico da coerência das demonstrações geométricas e físicas. E da beleza delas e das teorias resultantes, e do divertimento… alternando com o desespero de quem se mete com elas.

Mas o conhecimento de tipo científico exige mais. São necessárias “provas” de que aquelas teses explicam os fenómenos estudados melhor do que quaisquer explicações alternativas.

Daí a importância que as ciências modernas deram às previsões: se se verifica o que uma teoria permitiu prever, essa teoria funciona.

Daí o artigo de Einstein, em junho de 1916, fazendo uma determinada previsão na base da sua teoria geral da relatividade.

Daí a importância da verificação dessa previsão, em fevereiro passado: confirmou-se (não definitivamente!) a referida teoria.

Abrindo-se uma janela de 100 anos sobre um exemplo do privilégio da razão nas ciências modernas e contemporâneas, em detrimento do que nos é intuitivo pela observação natural.

Hei de reabrir nestas páginas a mesma janela sobre outras caraterísticas dessas ciências.

original in: Correio dos Açores, 15/06/2016